新型耐热Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金时效行为和导电性研究

论文摘要

以99.991wt.%（wt.%:质量百分比,下同）高纯铝、Al-2.02Sc、Al-4.38Zr和Al-1.08B中间合金为原料,通过熔配法制备了Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.04Zr-0.01B合金。经645℃x24h均匀化处理后,取部分合金在600℃进行热挤（Hot extusion-HE）加工。所得合金经系统时效处理后,进行了室温拉仲和电阻率测试。结合相应的微观结构观察,获得了Al-0.2Sc-0.04Zr （0.01B）合金拉伸性能和导电性与时效条件关系。考察了热挤压和B添加对10.2Sc-0.04Zr合金晶粒尺寸、拉伸性能和导电性能的影响。金相观察表明：铸态Al-0.2Sc-0.04Zr （0.01B）合金晶粒均为等轴晶,B添加使合金晶粒尺寸从300μm增大至400μm,但明显小于高纯Al晶粒尺寸（mm量级）。硬度测试结果表明,铸态和均匀化Al-0.2Sc-0.04Zr合金的硬度值均在20Hv水平,微量B添加对合金硬度无明显影响,而热挤则可使合金硬度有所提高。不同温度相同时间（189min）时效后的室温拉伸结果表明：Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金拉伸性能与时效温度密切相关。在最佳时效温区（300-380℃）时效时,Al-0.2Sc-0.04Zr合金的6b保持在160MPa水平,602保持在75MPa左右,延伸率6在15%水平；而0.01%的B添加会导致σb、σ0.2和δ均略有降低。热挤虽然不能提高合金最佳时效强度,但可显著提高合金延伸率：提高比例从室温的60-70%到最佳时效区的30-50%,提高幅度随B添加而降低。不同时间相同温度（330℃）时效后的室温拉伸结果表明：Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金的最佳时效时间为189min,继续延长时效时间至1天,合金强度仍然保持在较高水平,并未出现过时效状态,表明合金具有较好的热稳定性。此外,随炉升温时效不会改变合金的最佳时效温度（330℃）,但会使合金最佳强度水平降低5%,最佳时效时间减小至60min。电阻率测试结果表明：Al-0.2Sc-0.04Zr （0.01B）合金电阻率随温度的升高迈似线性增加,但均匀化状态Al-0.2Sc-0.04Zr （0.01B）合金电阻率在150℃～200℃存在明显反常增大现象,且330℃时效会导致该现象消失,这可能与晶界结构转变或晶界附近沉淀相形成有关。330℃时效189min能显著降低Al-Sc-Zr以及热挤Al-Sc-Zr-B合金电阻率,但对均匀化态Al-Sc-Zr-B效果不明显。B添加仅能改善均匀化态合金的低温电阻率,但此时合金具有较高的电阻温度系数。综合结果表明：A1-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金最佳时效温度为330℃,最佳时效时间为189min。热挤并不能进一步提高合金最佳强度水平,但能大幅提高合金延伸率；B添加虽使合金最佳时效强度水平略有降低,但能改善均匀化状态合金的低温导电性。挤压态Al-0.2Sc-0.04Zr合金具有最佳的力学性能和导电性,其抗拉强度在160MPa水平,20℃导电性相当于国际标准软铜的63%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铝合金的研究现状和发展方向
• 1.3 Al-Sc-Zr合金的研究进展
• 1.3.1 研究概括
• 1.3.2 Sc在铝合金中的存在形式和作用
• 1.3.3 Zr在铝合金中的存在形式和作用
• 1.3.4 复合添加Sc和Zr对铝合金的影响
• 1.3.5 硼在铝合金中的作用
• 1.4 铝合金的热处理
• 1.5 铝合金的塑性变形
• 1.5.1 锻造
• 1.5.2 轧制
• 1.5.3 挤压
• 1.5.4 拉拔
• 1.5.5 冲压
• 1.6 铝合金导线
• 1.7 本试验的主要研究内容
• 2 实验
• 2.1 试验材料及合金制备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 合金熔炼
• 2.1.3 合金热挤加工
• 2.2 热处理及试验方法
• 2.2.1 硬度测试
• 2.2.2 不同温度时效189min后的室温拉伸试验
• 2.2.3 相同温度不同时间时效后室温拉伸性能
• 2.3 SEM和金相样品的制备
• 2.3.1 试样制备
• 2.3.2 试样腐蚀和观察
• 2.4 均匀化和330℃时效189min后的样品电学性能测量
• 2.5 实验的技术路线
• 3 Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金微观结构和力学性能研究
• 3.1 微观结构观察
• 3.2 Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金力学性能研究
• 3.2.1 硬度测试
• 3.2.2 拉伸试验
• 3.3 随炉升温时效拉伸试验
• 3.3.1 不同温度时效189min拉伸试验
• 3.3.2 330℃不同时间时效
• 4 Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金导电性研究
• 4.1 实验仪器及方法探索
• 4.2 均匀化状态Al-0.2Sc-0.04Zr（0.01B）合金导电性
• 4.3 在330℃时效189min后的导电性
• 4.4 导电性结果分析
• 0、ρ₂₀、及α比较'>4.5 四种合金ρ₀、ρ₂₀、及α比较
• 5 结论
• 参考文献
• 作者攻读硕士期间发表的论文
• 致谢